張琳，吳廣芬，何水悠，湯雙超，趙蘇寧，鄭玉露

（煙臺(tái)大學(xué)環(huán)境與材料工程學(xué)院，煙臺(tái) 264005）

概述

在信息化時(shí)代的今天，網(wǎng)絡(luò)需求日益增大，為了提供更優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，滿足手機(jī)信號(hào)強(qiáng)度和連貫性的需要，從而擴(kuò)大基站信號(hào)的覆蓋面積和強(qiáng)度，加大基站建設(shè)規(guī)模和密度。與此同時(shí)，通信基站的電磁輻射廣泛暴露在我們周?chē)鹆嗽絹?lái)越多的人關(guān)注基站電磁輻射帶來(lái)的影響[1]。由于基站建設(shè)周?chē)ㄖ?、地形、地貌、人群密度等各類因素的影響，使得基站電磁輻射?qiáng)度的分布越來(lái)越復(fù)雜化。為了對(duì)基站天線電磁輻射的影響進(jìn)行充分的了解，國(guó)內(nèi)外有關(guān)這方面的研究和監(jiān)測(cè)工作不斷增加[2]，但對(duì)于移動(dòng)通信基站電磁輻射影響因素進(jìn)行綜合優(yōu)化研究并不多見(jiàn)。因此，對(duì)移動(dòng)基站電磁輻射影響因素進(jìn)行研究，得到各個(gè)因素影響基站電磁輻射大小的主次順序以及各因素的最佳水平，最終確立電磁輻射值影響最小的布設(shè)方案，為今后通信基站的建設(shè)提供最優(yōu)的建設(shè)依據(jù)。

1 試驗(yàn)過(guò)程

1.1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)是一種研究多因素試驗(yàn)的重要數(shù)理方法，具有水平均勻性、搭配均勻性的特點(diǎn)，也是對(duì)試驗(yàn)因素做合理的、有效的安排，最大限度的減少試驗(yàn)次數(shù)，是高效、快捷、經(jīng)濟(jì)的方法，因此本文采用正交試驗(yàn)法。

通過(guò)總結(jié)前人試驗(yàn)研究成果[3-5]，本試驗(yàn)以方向、水平距離和垂直高度這3個(gè)因素為對(duì)象進(jìn)行研究（其中水平距離為試驗(yàn)點(diǎn)距基站的水平距離，垂直高度為試驗(yàn)點(diǎn)距地面的垂直高度，下文簡(jiǎn)稱水平距離、垂直高度），根據(jù)基站的空間位置和實(shí)際測(cè)量的可行性，方向取4個(gè)水平，水平距離、垂直高度分別取2個(gè)水平，進(jìn)行因素與水平表的設(shè)計(jì)，具體如表1。選用L8(41×24) 混合正交表，式中“8”為正交表行數(shù)（即安排8次試驗(yàn)），“41”為1個(gè)因素下設(shè)4水平（本試驗(yàn)即方向因素），“24”為4個(gè)因素下設(shè)2個(gè)水平（本試驗(yàn)因只有水平距離、垂直高度2個(gè)因素，多出兩列空白列作誤差項(xiàng)用），具體正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如表2。

1.2 試驗(yàn)指標(biāo)與結(jié)果分析方法

試驗(yàn)指標(biāo)必須滿足能夠客觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)對(duì)象特定性質(zhì)的要求，而且試驗(yàn)指標(biāo)必須具有代表性，它直接關(guān)系到實(shí)驗(yàn)結(jié)論的合理性[6]。電磁輻射作為能量流，其所產(chǎn)生的電磁輻射污染現(xiàn)象會(huì)對(duì)人體健康帶來(lái)較大的危害[7]。因此將各試驗(yàn)點(diǎn)的電磁輻射值作為試驗(yàn)指標(biāo)。

極差是指一組數(shù)據(jù)中的最大數(shù)據(jù)與最小數(shù)據(jù)的差，它反映了一組數(shù)據(jù)的離散程度[7]。極差分析法因簡(jiǎn)單直觀而被廣泛使用，該方法是用極差 Rj 來(lái)分析各因素對(duì)結(jié)果的影響程度。Rj越大，相應(yīng)因素對(duì)目標(biāo)參數(shù)的影響越大，重要性就越大。

式中：

ki—第i水平對(duì)應(yīng)指標(biāo)和Ki的平均值，即ki = Ki/r，其中r為任一列同一水平出現(xiàn)的次數(shù)[8]。

1.3 基站電磁輻射檢測(cè)

1.3.1 檢測(cè)基站及周?chē)h(huán)境

此次試驗(yàn)選取了一座正在使用的并且周?chē)幼『土鲃?dòng)的人員較多的基站，該基站為樓頂式基站，位于一棟四層辦公樓上，辦公樓正北方向約60 m是一棟賓館建筑，并且該建筑物的高度稍低于基站，居民樓位于辦公樓的正東方向50 m以內(nèi)，流動(dòng)人員較多的小吃街、火鍋店位于正西方位50 m以內(nèi)，辦公樓正南方為一條馬路，馬路對(duì)面南偏東方向約100 m為路，馬路對(duì)面南偏東方向約100 m為商業(yè)街。

表1 因素與水平表L8(41×24)

表2 正交試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.3.2 檢測(cè)設(shè)備

檢測(cè)設(shè)備選自臺(tái)灣生產(chǎn)，專用于基站測(cè)試電磁波的三軸高頻電磁波測(cè)試儀TM196，如表3。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

根據(jù)上述試驗(yàn)方法，得出各試驗(yàn)點(diǎn)測(cè)量數(shù)據(jù)如表4。

根據(jù)前文介紹的極差分析法，分別對(duì)8組試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行極差分析，并將極差分析結(jié)果列于表5，同時(shí)為了更直觀地分析各因素對(duì)電磁輻射的影響，根據(jù)表5作出各因素對(duì)電磁輻射影響的直觀分析圖，如圖1。

從表5及圖1中比較不同因素極差值(Rj)，數(shù)值相差較為明顯（以表5中x軸方向極差值為例，ABC因素極差值依次為4.705、2.062 5、13.127 5）且不同軸方向垂直高度均為它們的顯著影響因素，方向、水平距離對(duì)電磁輻射的影響相對(duì)較弱，但以上3個(gè)因素（垂直高度、方向、水平距離）影響作用均在較強(qiáng)水平。在X、Z軸方向，A因素即方向?qū)﹄姶泡椛涞挠绊懘笥谒骄嚯x，但在Y軸方向與XYZ綜合情況下，B因素即水平距離對(duì)其影響較大，其次是方向。

表3 基站電磁波檢測(cè)儀指標(biāo)

表4 正交試驗(yàn)結(jié)果（mW/m2）

表5 電磁輻射值極差分析

圖1 因素水平趨勢(shì)圖

由表5可以看出，不同軸方向最優(yōu)布設(shè)方案不同，對(duì)于方向因素A，其最優(yōu)水平出現(xiàn)次數(shù)為：A4出現(xiàn)3次，A2出現(xiàn)1次，多數(shù)傾斜綜合考慮，A4為最優(yōu)水平。對(duì)于水平距離因素B，B1出現(xiàn)3次，B2出現(xiàn)1次，根據(jù)出現(xiàn)次數(shù)的頻率，B1為最優(yōu)水平。對(duì)于垂直高度因素C，不同軸方向結(jié)論一致，均為C2，因此C2為最優(yōu)水平。綜上所述，可以確定電磁輻射最小的空間位置為A4B1C2，即東方位、距離基站的水平距離為30 m、距離地面的垂直高度為3 m的空間位置處。

3 結(jié)論與建議

通過(guò)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)以及對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析得出以下結(jié)論及建議：

1）垂直高度為影響移動(dòng)通信基站電磁輻射的主要因素，其次為方位和水平距離。

2）電磁輻射值最小的最優(yōu)布設(shè)方案為：東方位、距離基站的水平距離為30 m、距離地面的垂直高度為3 m的空間位置。

3）由于移動(dòng)通信基站的電磁輻射值在特定的空間位置存在最小值，因此，基站選址時(shí)考慮垂直高度、所在方位以及與周?chē)ㄖ锏乃骄嚯x，特別是居民樓和人流較多的區(qū)域的距離，并根據(jù)基站輻射信號(hào)的區(qū)域范圍來(lái)選擇合理的基站類型。